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汇川技术张力非标变频器功能说明文档

变频器应用 Julius_wen 184℃ 0评论

 

目录

1、概述    2

1.1、背景    2

1.2、参考文献    2

2、张力控制原理介绍    2

2.1、闭环张力控制示意图    2

2.2、张力控制方案介绍    2

2.3、闭环张力相关功能模块    3

3、功能码表    3

4、功能码说明    8

4.1PID输入部分    8

4.1.0、张力控制模式    8

4.1.1PID指令源选择    8

4.1.2PID指令标定    9

4.2PID反馈部分    9

4.3PID控制部分    10

4.3.0PID指令滤波    10

4.3.1PID反馈滤波    10

4.3.2PID控制逻辑    10

4.3.3PID控制参数    11

4.3.4PID输出限幅    11

4.3.5PID输出滤波    11

4.3.6、增益切换    12

4.4、卷径计算部分    13

4.4.0、机械传动相关设定量    13

4.4.1、卷径计算辅助量    14

4.4.2、卷径复位    14

4.4.3、前馈速度指令    15

5、后台说明    16

5.1、后台数据库    16

5.2、后台示波器    17

6、附录    18

 

 

 

 

 

 

 

1、概述

1.1、背景

变频器在张力控制领域已有广泛的应用,但对于某些要求精度更高,响应更快,电机速度较低等场合,使用伺服进行张力控制会更有优势。本非标用于卷曲控制,可以自动计算卷径,在卷径变化时仍能够达到获取恒张力的效果。

 

1.2、参考文献

1、.《MD330张力控制专用变频》

2、《IS620P伺服用户综合手册》

2、张力控制原理介绍

2.1、闭环张力控制示意图

(a)闭环张力控制示意图

2.2、张力控制方案介绍

常用的张力控制有两种方式,一是控制电机的输出转矩,二是控制电机的转速。针对这两种方法,市场上存在两种张力控制模式:开环张力控制和闭环张力控制。开环张力控制是指没有张力反馈信号,驱动器仅靠控制电机转速或转矩来达到控制目的,而闭环张力控制需要张力(位置)反馈装置,驱动器靠调节电机运行速度来达到控制目的。本非标只支持张力闭环控制。

 

2.3、闭环张力相关功能模块

(1)PID部分:

主要包括PID指令源,反馈源设定,PID调节参数, PID输出结果处理。

(2)卷径计算部分:

伺服驱动器根据牵引轴的线速度,收/放卷轴当前的角速度实时计算卷径。硬件接线,需要将牵引轴的分频输出,分别收/放卷轴的低速脉冲口。

3、功能码表

功能码

名称

设定范围

最小单位

出厂值

生效方式

H02.00

控制模式选择

  1. 6

1

0

停机设定

H03.68

AI1最小输入

-10.00~10.00

0.01

0.00

运行设定

H03.69

AI1最小输入对应百分比

-100.0%~-0.1%

0.1%

100.0%

运行设定

H03.70

AI1最大输入

-10.00~10.00

0.01

10.00

运行设定

H03.71

AI1最大输入对应百分比

0.1%~100.0%

0.1%

100.0%

运行设定

H03.72

AI2最小输入

-10.00~10.00

0.01

0.00

运行设定

H03.73

AI2最小输入对应百分比

-100.0%~-0.1%

0.1%

100.0%

运行设定

H03.74

AI2最大输入

-10.00~10.00

0.01

10.00

运行设定

H03.75

AI2最大输入对应百分比

0.1%~100.0%

0.1%

100.0%

运行设定

H06.00

主速度指令A来源

0:数字给定

1:AI1

2:AI2

3:张力模式

1

3

停机设定

H10.00

PID键盘指令值

-100.0%~100.0%

0.1%

0

运行设定

H10.01

PID指令来源选择

0:键盘设定

1:AI1

2:AI2

1

0

停机设定

H10.02

反馈源选择

1:AI1

2:AI2

1

1

停机设定

H10.03

PID指令滤波时间常数

0~1000.0

0.1ms

5

运行设定

H03.51

AI1输入滤波时间

0~655.35

0.01ms

2.00

运行设定

H03.56

AI2输入滤波时间

0~655.35

0.01ms

2.00

运行设定

H10.04

PID逻辑

0:正逻辑

1:反逻辑

1

0

停机设定

H10.05

比例分子

1~1073741824

1

6

停机设定

H10.07

比例分母

1~1073741824

1

1000

停机设定

H06.08

速度正向限制

0~9000

1rpm

1000

运行设定

H06.09

速度反向限制

0~9000

1rpm

1000

运行设定

H10.09

PID输出时间常数

0~1000.0

0.1ms

0

运行设定

H10.10

给定和传感器量程值

1.0%~1000.0%

0.1%

100.0%

停机设定

H10.12

卷径计算信号来源

0:内部计算

1:AI1

2:AI2

1

0

停机设定

H10.10

卷径量程值

0.00%~200.00%

0.01%

100.00%

停机设定

H10.23

PID比例增益1

0~2000.0

0.1HZ

25.0

运行设定

H10.24

PID积分时间1

1.0~2000.0

0.1ms

30.0

运行设定

H10.25

PID微分增益1

0~20000

1/S

0

运行设定

H10.26

PID比例增益2

0~2000.0

0.1HZ

25.0

运行设定

H10.27

PID积分时间2

1.0~2000.0

0.1ms

30.0

运行设定

H10.28

PID微分增益2

0~20000

1/S

0

运行设定

H10.29

增益切换条件

0:固定为第一增益

1:根据DI切换

2:根据偏差切换

3:根据PID输出大小

1

0

运行设定

H10.31

增益切换等级

0~20000

1rpm

50

运行设定

H10.32

增益切换时滞

0~20000

1rpm

30

运行设定

H10.34

卷曲模式

0:收卷

1:放卷

2:牵引

1

0

运行设定

H10.35

牵引轴直径

1.00~655.35

0.01mm

97.02

停机设定

H10.36

牵引轴减速比分子

1~10000

1

1

停机设定

H10.37

牵引轴减速比分母

1~10000

1

1

停机设定

H10.38

收/放卷轴初始卷径

1.0~6553.5

0.1mm

10.0

运行设定

H10.39

收/放卷轴实时卷径

1.0~6553.5

0.1mm

10.0

显示

H10.40

收/放卷轴减速比分子

1~10000

1

1

停机设定

H10.41

收/放卷轴减速比分母

1~10000

1

1

停机设定

H10.44

最小卷径

0.1~6553.5

0.1mm

10.0

运行设定

H10.45

最大卷径

0.1~6553.5

0.1mm

1000.0

运行设定

H10.46

牵引轴分频脉冲数

1~1073741824

1

10000

停机设定

H10.48

卷径复位

0:不复位

1:H10.38,67,68,69可选

2:AI1

3:AI2

4:立即复位

1

0

运行设定

H10.49

补偿方向

0~1

1

0

停机设定

H10.50

卷径计算滤波时间

0~1000.0

0.1ms

30.0

运行设定

H10.52

速度滤波截止频率

100~4000

1HZ

500

运行设定

H10.53

材料厚度

1~500.0

0.1mm

2.0

运行设定

H10.54

补偿百分比

0%~100.0%

0.1%

0

停机设定

H10.55

卷径平均滤波次数

0~7 

1 

3 

停机设定

H10.57

牵引轴速度平均滤波次数

0~7 

1 

4

停机设定

H10.58

惯量比显示值

0~50000

1

100

运行设定

H10.67

收/放卷轴初始卷径1

1.0~6553.5

0.1mm

10.0

运行设定

H10.68

收/放卷轴初始卷径2

1.0~6553.5

0.1mm

10.0

运行设定

H10.69

收/放卷轴初始卷径3

1.0~6553.5

0.1mm

10.0

运行设定

 

4、功能码说明

4.1、PID输入部分

4.1.0、张力控制模式

功能码

名称

设定范围

最小单位

出厂值

生效方式

H02.00

控制模式选择

  1. 6

1

0

停机设定

H06.00

主速度指令A来源

0:数字给定

1:AI1

2:AI2

3:张力模式

1

3

停机设定

开启张力控制模式需要将H02.00设置成0,H0600设置成3,程序默认设为开启张力模式。

4.1.1、PID指令源选择

功能码

名称

设定范围

最小单位

出厂值

生效方式

H10.00

PID键盘指令值

-100.0%~100.0%

0.1%

0

运行设定

H10.01

PID指令来源选择

0:键盘设定

1:AI1

2:AI2

1

0

停机设定

 

  1. H10.01设定为0,则PID指令来源于H10.00所设定的的数字量。
  2. H10.01设定为1,则 PID指令源来源于外部AI1
  3. H10.01设定,2,则PID指令源来源于外部AI2

 

功能码

名称

设定范围

最小单位

出厂值

生效方式

H03.68

AI1最小输入

-10.00~10.00

0.01

0.00

运行设定

H03.69

AI1最小输入对应百分比

-100.0%~-0.1%

0.1%

100.0%

运行设定

H03.70

AI1最大输入

-10.00~10.00

0.01

10.00

运行设定

H03.71

AI1最大输入对应百分比

0.1%~100.0%

0.1%

00.0%

运行设定

H03.72

AI2最小输入

-10.00~10.00

0.01

0.00

运行设定

H03.73

AI2最小输入对应百分比

-100.0%~-0.1

0.1%

100.0%

运行设定

H03.74

AI2最大输入

-10.00~10.00

0.01

10.00

运行设定

H03.75

AI2最大输入对应百分比

0.1%~100.0%

0.1%

00.0%

运行设定

AI1和AI2可通过上述设定功能码将采样值对应到百分数,设定最大值必须大于最小值

4.1.2、PID指令标定

功能码

名称

设定范围

最小单位

出厂值

生效方式

H10.10

给定和传感器量程值

1.0%~1000.0%

0.1%

100.0%

停机设定

H10.10将PID指令和反馈值标定成实际物理值的百分比,对应关系如下缩放?

  1. 若H10.01=0,100%的键盘设定值对应H10.10设定的物理值的百分比。
  2. 若H10.01=1或2,模拟量10V对应的电压对应H10.10设定的物理值百分比。

4.2、PID反馈部分

功能码

名称

设定范围

最小单位

出厂值

生效方式

H10.02

反馈源选择

1:AI1

2:AI2

1

1

停机设定

反馈源选定后,相应模拟量通道值经过H10.10标定后直接进入PID运算部分。

 

4.3、PID控制部分

4.3.0、PID指令滤波

功能码

名称

设定范围

最小单位

出厂值

生效方式

H10.03

PID指令滤波时间常数

0~1000.0

0.1ms

0.5

运行设定

PID指令若存在突变,将导致电机快速加速,未避免电机运动过于剧烈,增加H10.03,对PID指令进行平滑处理,滤波越大造成一定的响应延迟越大。

4.3.1、PID反馈滤波

功能码

名称

设定范围

最小单位

出厂值

生效方式

H03.51

AI1输入滤波时间

0~655.36

0.01ms

2.00

运行设定

H03.56

AI2输入滤波时间

0~655.36

0.01ms

2.00

运行设定

传感器存在测量噪声,防止该噪声耦合到PID控制部分,平台软件中对AI1,AI2通道增加了滤波功能。同理,平台软件中对AI的处理在本非标中一样有效。

4.3.2、PID控制逻辑

功能码

名称

设定范围

最小单位

出厂值

生效方式

H10.04

PID逻辑

0:正逻辑

1:反逻辑

1

0

停机设定

正逻辑:指令值大于PID反馈值时,PID输出正的转速指令,电机正向转动。

负逻辑:由于现场传动机构的原因,可能会当指令大于反馈值时,电机需要反转,指令小于反馈值时,电机需要正转的情况。13775716153.

4.3.3、PID控制参数

功能码

名称

设定范围

最小单位

出厂值

生效方式

H10.05

控制比例分子

1~1073741824

1

6

停机设定

H10.07

控制比例分母

1~1073741824

1

1000

停机设定

H10.23

PID比例增益1

0~2000.0

0.1HZ

25.0

运行设定

H10.24

PID积分时间1

1.0~2000.0

0.1ms

30.0

运行设定

H10.25

PID微分增益1

0~20000

1/S

0

运行设定

考虑到张力控制各场合的传动机构(减速比)各不相同,需要使用控制比例因子(包括分子和分母)将PID输入指令和内部PID运算之间的物理关系相关联。调试过程中先可以不设置控制比例因子,调试过程中发现PID的调节参数过小,或者调节步长小但作用效果差异大,就可以设置比例因子,默认比例因子为6:1000。

4.3.4、PID输出限幅

功能码

名称

设定范围

最小单位

出厂值

生效方式

H06.08

速度正向限制

0~9000

1rpm

1000

停机设定

H06.09

速度反向限制

0~9000

1rpm

1000

停机设定

在很多应用场合需要限制PID的输出,特别是电机反向旋转速度。本非标提供PID正向和反向分别限幅。注意第一次设定PID逻辑时请将PID输出正/反限幅设置到安全值,确保不会损坏机械设备。

4.3.5、PID输出滤波

功能码

名称

设定范围

最小单位

出厂值

生效方式

H10.09

PID输出时间常数

0~1000.0

0.1ms

0

运行设定

为使PID输出更加平滑,增加PID输出时间常数。该功能码越大平滑效果越好,但滞后也越大,过大的输出时间常数可能导致张力控制振荡。

4.3.6、增益切换

功能码

名称

设定范围

最小单位

出厂值

生效方式

H10.26

PID比例增益2

0~2000.0

0.1HZ

25.0

运行设定

H10.27

PID积分时间2

1.0~2000.0

0.1ms

30.0

运行设定

H10.28

PID微分增益2

0~20000

1/S

0

运行设定

H10.29

增益切换条件

0:固定为第一增益

1:根据DI切换

2:根据偏差切换

3:根据PID输出大小

1/S

0

运行设定

H10.31

增益切换等级

0~20000

1rpm

50

运行设定

H10.32

增益切换时滞

0~20000

1rpm

30

运行设定

 

考虑到1组PID无法满足现场应用,本非标支持张力PID增益切换功能:

  1. H10.29=0,不进行增益切换,默认无增益切换。
  2. H10.29=1,根据DI切换。需要设置DI为FunIN.40。该DI无效时选择第1组增益,该DI有效时选择第2组增益。
  3. H10.29=2,根据PID偏差切换。若PID控制偏差大于H10.31+H10.32,切换为第2增益,若PID控制偏差小于H10.31-H10.32切换为第1增益。偏差在H10.31+H10.32于H10.31-H10.32之间属于增益过渡区。
  4. H10.29=3,根据PID输出大小切换,若PID输出大于H10.31+H10.32,切换为第2增益,若PID输出小于H10.31-H10.32切换为第1增益。PID输出在H10.31+H10.32于H10.31-H10.32之间属于增益过渡区。

4.4、卷径计算部分

由于PID有一定适应性,一般张力闭环场合不需要使用卷径计算。如果现场响应要求较快、或者卷径变化大等情况下,需要进行卷径计算。本非标通过获取牵引轴的线速度和当前收/放卷轴的角速度即可计算当前卷径,也可以通过模拟量反馈来获得实时卷径。

H10.12=0时,需要将牵引轴伺服分频/编码器脉冲接入到收卷/放卷轴的低速脉冲口,请注意设置脉冲形式。

通过单位时间走过线长一定可以得出公式,然后就可以自动计算出卷轴的卷径

计算公式:

    电机转速*减速比=减速机端转速

前馈速度*卷径*卷轴减速比=牵引轴速度*直径*减速比

H10.12=1或者2时,卷径等于AI1或者AI2模拟量对应值。

 

4.4.0、机械传动相关设定量

功能码

名称

设定范围

最小单位

出厂值

生效方式

H10.35

牵引轴直径

1.00~655.35

0.01mm

9702

停机设定

H10.36

牵引轴减速比分子

1~10000

1

1

停机设定

H10.37

牵引轴减速比分母

1~10000

1

1

停机设定

H10.40

收/放卷轴减速比分子

1~10000

1

1

停机设定

H10.41

收/放卷轴减速比分母

1~10000

1

1

停机设定

H10.46

牵引轴分频脉冲数

1~1073741824

1

10000

停机设定

 

4.4.1、卷径计算辅助量

功能码

名称

设定范围

最小单位

出厂值

生效方式

H10.39

收/放卷轴实时卷径

1.0~6553.5

0.1mm

10.0

显示

H10.44

最小卷径

1~65535

0.1mm

10.0

运行设定

H10.45

最大卷径

1~65535

0.1mm

1000.0

运行设定

H10.53

材料厚度

1~5000

0.1mm

2.0

运行设定

H10.50

卷径计算滤波时间

0~10000

0.1ms

30.0

运行设定

H10.55

卷径滑动波次数

0~7 

1 

3 

停机设定

收/放卷轴实时卷径计算结果在H10.39中显示,考虑到实际材料存在打滑或者控制不稳定的情况,会导致计算卷径瞬时值不正确,客户设置正确的H10.44、H10.45、H10.53可以有助于剔除错误的卷径值,使卷径计算值趋于真实物理值。为使卷径计算结果平滑,增加了H10.50卷径计算滤波和H10.55卷径滑动滤波。

4.4.2、卷径复位

功能码

名称

设定范围

最小单位

出厂值

生效方式

H10.48

卷径复位

0:不复位

1:H10.38,67,68,69可选

2:AI1

3:AI2

4:卷径立即复位

1

0

运行设定

H10.38

收/放卷轴初始卷径

1.0~6553.5

0.1mm

10.0

运行设定

收卷满卷或放卷空卷时需要换卷,换卷后外部需要进行卷径复位,本非标支持两种卷径复位方式:

(1)将DI端口配置成FunIN.30,伺服检测到该端口出现上升沿复位卷径。

1:H10.38,67,68,69决定。

2:AI1 3:AI2初始卷径通过模拟量来确定。

4:卷径立即复位

(2)功能码H10.48设4,当前卷径复位成初始卷径(H10.38),复位后即可正常工作,H10.48还原为0。

    H10.48等于1时,卷径复位初始值可以通过两个多功能端子来确定,将DI端子分别配置为FunIN.41和FunIN.42,关系如下:

FunIN.41 

FunIN.42 

初始卷径源

H10.38 

H10.67 

H10.68 

H10.69 

若不设置卷径复位,请先低速运行一段时间,确保程序已经识别当前真实卷径。

H10.67

收/放卷轴初始卷径1

1.0~6553.5

0.1mm

10.0

运行设定

H10.68

收/放卷轴初始卷径2

1.0~6553.5

0.1mm

10.0

运行设定

H10.69

收/放卷轴初始卷径3

1.0~6553.5

0.1mm

10.0

运行设定

 

4.4.3、前馈速度指令

功能码

名称

设定范围

最小单位

出厂值

生效方式

H10.49

补偿方向

0~1

1

0

停机设定

H10.54

补偿百分比

0~100.0%

0.1%

0

停机设定

H10.52

牵引轴速度滤波截止频率

100~4000

1 

500 

运行设定

H10.57

牵引轴速度平均滤波次数

0~7

1

4

停机设定

 

从张力控制示意(a)可知,若收/放卷要保持恒定张力,收/放卷轴的线速度必须等于牵引轴的线速度。若使用卷径计算,电机当前运行速度指令就等于牵引轴的前馈速度和PID反馈调节输出之和,牵引轴的线速度作为张力控制速度前馈。牵引轴电机运行方向和收/放轴安装方式取决于用于机械,若安装方向相反请使用H10.49修改前馈速度的方向。前馈补偿比例为H10.54,恰当的前馈有利于张力快速稳定,但考虑速度反馈有噪声,增加H10.52,H10.57对反馈速度进行滤波.

补偿方向确定步骤:

若主轴电机逆时针运行,张力轴也需要逆时针运行,则H10.49设0,若张力轴需要顺时针运行,则H10.49设1。反之则相反。此外H10.54等于0的情况下,若速度指令与后台软件中FUNC测试3方向相同,则H10.49设置成0,若速度指令与FUNC测试3方向相反,则H10.49设置成1.

 

5、后台说明

5.1、后台数据库

将数据库IS620P&600P_张力非标1.0.mdb加入到后台安装文件中data文件夹中,并在后台中选取该文件。

5.2、后台示波器

图中,给出1V指令,反馈为0,电机处于加速状态以期减小张力偏差。

(1)FUNC测试1是张力指令(滤波后的值)未使能时该值为0,使能后该值为设定值,单位0.01V。

(2)FUNC测试2是张力反馈值,单位0.01V。

(3)FUNC测试3是牵引轴速度,单位0.1rpm(此示意图中未示出)。

 

FUNC测试1:PID给定值            0.01V

FUNC测试2:模拟量反馈值        0.01V

FUNC测试3:PID输出对应速度值    0.1RPM

FUNC测试4:前馈对应速度值        0.1RPM

速度指令=反馈速度对应值+前馈速度对应值*补偿比6、附录

日期

变更后版本

变更内容

2014-12-25

V1.0

新建

2015-5-7

V3.0

增加卷径计算

2015-09-08 

V3.1 

文档修改,卷径复位,AI取值

 

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